p Nanopartículas disfarçadas em membranas de células pulmonares humanas e membranas de células imunes humanas podem atrair e neutralizar o vírus SARS-CoV-2 em cultura de células, fazendo com que o vírus perca sua capacidade de sequestrar células hospedeiras e se reproduzir. p Os primeiros dados que descrevem essa nova direção para o combate ao COVID-19 foram publicados no dia 17 de junho na revista. Nano Letras . As "nanoesponjas" foram desenvolvidas por engenheiros da Universidade da Califórnia em San Diego e testadas por pesquisadores da Universidade de Boston.

p Os pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego chamam suas partículas em escala nano de "nanoesponjas" porque absorvem patógenos e toxinas prejudiciais.

p Em experimentos de laboratório, tanto as células pulmonares quanto as células imunes das nanoesponjas fizeram com que o vírus SARS-CoV-2 perdesse quase 90% de sua "infecciosidade viral" de uma maneira dependente da dose. A infecciosidade viral é uma medida da capacidade do vírus de entrar na célula hospedeira e explorar seus recursos para se replicar e produzir partículas virais infecciosas adicionais.

p Em vez de alvejar o próprio vírus, essas nanoesponjas são projetadas para proteger as células saudáveis ​​que o vírus invade.

p "Tradicionalmente, os desenvolvedores de medicamentos para doenças infecciosas se aprofundam nos detalhes do patógeno para encontrar alvos que possam ser drogados. Nossa abordagem é diferente. Precisamos apenas saber quais são as células-alvo. E então pretendemos proteger os alvos criando iscas biomiméticas, "disse Liangfang Zhang, professor de nanoengenharia da Escola de Engenharia da UC San Diego Jacobs.

p Seu laboratório criou esta plataforma de nanoesponja biomimética há mais de uma década e a tem desenvolvido para uma ampla gama de aplicações desde então. Quando o novo coronavírus apareceu, a ideia de usar a plataforma de nanoesponja para combatê-la veio a Zhang "quase que imediatamente, " ele disse.

p Além dos dados encorajadores sobre a neutralização do vírus em cultura de células, os pesquisadores observam que as nanoesponjas revestidas com fragmentos das membranas externas dos macrófagos podem ter um benefício adicional:absorver proteínas de citocinas inflamatórias, que estão implicados em alguns dos aspectos mais perigosos do COVID-19 e são impulsionados pela resposta imune à infecção.

p Criação e teste de nanoesponjas COVID-19

p Cada nanoesponja COVID-19 - mil vezes menor que a largura de um fio de cabelo humano - consiste em um núcleo de polímero revestido por membranas celulares extraídas de células epiteliais pulmonares do tipo II ou de células de macrófagos. As membranas cobrem as esponjas com todos os mesmos receptores de proteína das células que elas personificam - e isso inclui inerentemente todos os receptores que o SARS-CoV-2 usa para entrar nas células do corpo.

p Os pesquisadores prepararam várias concentrações diferentes de nanoesponjas em solução para testar contra o novo coronavírus. Para testar a capacidade das nanoesponjas de bloquear a infectividade do SARS-CoV-2, os pesquisadores da UC San Diego recorreram a uma equipe do Laboratório Nacional de Doenças Infecciosas Emergentes (NEIDL) da Universidade de Boston para realizar testes independentes. Neste laboratório BSL-4 - o mais alto nível de biossegurança para uma instalação de pesquisa - os pesquisadores, liderado por Anthony Griffiths, professor associado de microbiologia da Escola de Medicina da Universidade de Boston, testou a capacidade de várias concentrações de cada tipo de nanoesponja para reduzir a infecciosidade do vírus vivo SARS-CoV-2 - as mesmas cepas que estão sendo testadas em outras pesquisas terapêuticas e de vacinas COVID-19.

p A uma concentração de 5 miligramas por mililitro, as esponjas cobertas pela membrana das células pulmonares inibiram 93% da infecciosidade viral do SARS-CoV-2. As esponjas cobertas por macrófagos inibiram 88% da infectividade viral do SARS-CoV-2. A infecciosidade viral é uma medida da capacidade do vírus de entrar na célula hospedeira e explorar seus recursos para se replicar e produzir partículas virais infecciosas adicionais.

p “Do ponto de vista de um imunologista e virologista, a plataforma nanosponge era imediatamente atraente como um antiviral potencial por causa de sua capacidade de funcionar contra vírus de qualquer tipo. Isso significa que, ao contrário de uma droga ou anticorpo que pode bloquear muito especificamente a infecção ou replicação do SARS-CoV-2, essas nanoesponjas da membrana celular podem funcionar de uma maneira mais holística no tratamento de um amplo espectro de doenças infecciosas virais. Eu estava otimista e cético no início de que funcionaria, e fiquei emocionado quando vi os resultados e percebi o que isso poderia significar para o desenvolvimento terapêutico como um todo, "disse Anna Honko, co-primeiro autor do artigo e Professor Associado de Pesquisa, Microbiologia do Laboratório Nacional de Doenças Infecciosas Emergentes da Universidade de Boston (NEIDL).

p Nos próximos meses, os pesquisadores e colaboradores da UC San Diego avaliarão a eficácia das nanoesponjas em modelos animais. A equipe da UC San Diego já demonstrou segurança em curto prazo no trato respiratório e nos pulmões de camundongos. Se e quando essas nanoesponjas COVID-19 serão testadas em humanos depende de uma variedade de fatores, mas os pesquisadores estão se movendo o mais rápido possível.

p "Outro aspecto interessante de nossa abordagem é que mesmo com a mutação do SARS-CoV-2, contanto que o vírus ainda possa invadir as células que estamos imitando, nossa abordagem de nanosponge ainda deve funcionar. Não tenho certeza se isso pode ser dito para algumas das vacinas e terapêuticas que estão sendo desenvolvidas atualmente, "disse Zhang.

p Os pesquisadores também esperam que essas nanoesponjas funcionem contra qualquer novo coronavírus ou mesmo outros vírus respiratórios, incluindo qualquer vírus que possa desencadear a próxima pandemia respiratória.

p Imitando células epiteliais do pulmão e células do sistema imunológico

p Uma vez que o novo coronavírus freqüentemente infecta as células epiteliais do pulmão como a primeira etapa na infecção por COVID-19, Zhang e seus colegas raciocinaram que faria sentido ocultar uma nanopartícula em fragmentos das membranas externas das células epiteliais do pulmão para ver se o vírus poderia ser induzido a se prender a ele em vez de uma célula pulmonar.

p Macrófagos, que são glóbulos brancos que desempenham um papel importante na inflamação, também são muito ativos no pulmão durante o curso de uma doença COVID-19, então Zhang e seus colegas criaram uma segunda esponja envolta em membrana de macrófago.

p A equipe de pesquisa planeja estudar se as esponjas de macrófagos também têm a capacidade de acalmar tempestades de citocinas em pacientes com COVID-19.

p "Veremos se as nanoesponjas de macrófagos podem neutralizar a quantidade excessiva dessas citocinas, bem como neutralizar o vírus, "disse Zhang.

p O uso de fragmentos de células de macrófagos como capas se baseia em anos de trabalho para desenvolver terapias para sepse usando nanoesponjas de macrófagos.

p Em um artigo publicado em 2017 em Proceedings of the National Academy of Sciences , Zhang e uma equipe de pesquisadores da UC San Diego mostraram que as nanoesponjas de macrófagos podem neutralizar com segurança tanto endotoxinas quanto citocinas pró-inflamatórias na corrente sanguínea de camundongos. trabalhar na clínica.

p Um potencial terapêutico COVID-19A plataforma de nanoesponja COVID-19 tem testes significativos antes que os cientistas saibam se seria uma terapia segura e eficaz contra o vírus em humanos, Zhang advertiu. Mas se as esponjas chegarem ao estágio de ensaio clínico, existem várias maneiras possíveis de administrar a terapia, que incluem a administração direta no pulmão para pacientes intubados, por meio de um inalador, como para pacientes asmáticos, ou por via intravenosa, especialmente para tratar a complicação da tempestade de citocinas.

p Uma dose terapêutica de nanoesponjas pode inundar o pulmão com um trilhão ou mais de nanoesponjas minúsculas que podem afastar o vírus das células saudáveis. Uma vez que o vírus se liga a uma esponja, “perde a viabilidade e deixa de ser infeccioso, e será absorvido por nossas próprias células imunológicas e digerido, "disse Zhang.

p "Vejo potencial para um tratamento preventivo, para uma terapia que poderia ser dada no início, porque uma vez que as nanoesponjas chegam ao pulmão, eles podem ficar no pulmão por algum tempo, "Zhang disse." Se um vírus vier, ele pode ser bloqueado se houver nanoesponjas esperando por ele. "

p Momento crescente para nanoesponjas

p O laboratório de Zhang na UC San Diego criou as primeiras nanopartículas revestidas por membrana há mais de uma década. A primeira dessas nanoesponjas estava coberta por fragmentos de membranas de glóbulos vermelhos. Essas nanoesponjas estão sendo desenvolvidas para tratar a pneumonia bacteriana e passaram por todos os estágios de testes pré-clínicos da Cellics Therapeutics, a startup de San Diego cofundada por Zhang. A empresa está atualmente em processo de apresentação do pedido de novo medicamento experimental (IND) ao FDA para seu principal candidato:nanoesponjas de glóbulos vermelhos para o tratamento de pneumonia por estafilococos aureus resistente à meticilina (MRSA). A empresa estima que os primeiros pacientes em um ensaio clínico serão tratados no próximo ano.

p Os pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego também demonstraram que as nanoesponjas podem levar medicamentos ao local da ferida; absorver as toxinas bacterianas que desencadeiam a sepse; e interceptar o HIV antes que ele infecte as células T humanas.

p A construção básica para cada uma dessas nanoesponjas é a mesma:um biodegradável, O núcleo de polímero aprovado pela FDA é revestido em um tipo específico de membrana celular, para que possa ser disfarçado como um glóbulo vermelho, ou uma célula T imune ou uma célula plaquetária. A camuflagem impede que o sistema imunológico detecte e ataque as partículas como invasores perigosos.

p "Eu penso nos fragmentos de membrana celular como os ingredientes ativos. Esta é uma maneira diferente de olhar para o desenvolvimento de medicamentos, "disse Zhang." Para COVID-19, Espero que outras equipes apresentem terapias e vacinas seguras e eficazes o mais rápido possível. Ao mesmo tempo, estamos trabalhando e planejando como se o mundo contasse conosco. "